EN :

Solutions to the Richards equation for water flow in variably saturated porous media are the focus of this paper. Working with field conditions, the extreme variability and complexity of soil, initial and boundary conditions can make the flow problem difficult to solve. This paper proposes to improve the computational efficiency of the mixed hybrid finite element (MHFE) method coupled with the variables transformation. The transform variables were introduced in order to simulate problems with convergence difficulty attributed to the presence of sharp wetting fronts. Furthermore, for better convergence behaviour, a technique that switches between the mixed-form and the pressure-head based form of the Richard’s equation was applied. Special attention was given to the top boundary conditions dealing with ponding or evaporation problems. In order to avoid non-physical oscillation problems, a mass condensation scheme was implemented in the model. Performance indicators in time and error of different options of the numerical model are defined, analyzed and classified. Thus, for each test case, a suitable numerical method that identifies which form of the Richards equation is best suited, the relevance of the switching technique as well as the utility of the transformation of the primary variable is possible. The results for the 1D Numerical test cases that have been performed matched those from the literature results. For evaporation and infiltration problem’s, the number of iterations needed to get the solution decrease when using the method of transformed pressure. Finally, knowing the soil heterogeneity, initial and boundary conditions, an agglomerative hierarchical clustering allows to analyze the need or not to transform variables and to use other options.

FR :

Cet article est une contribution à la résolution numérique des écoulements en milieux poreux variablement saturés. La grande variabilité et la complexité des caractéristiques des sols, des conditions initiales et des conditions aux limites rendent les problèmes d’écoulements en milieu poreux difficiles à résoudre dans les limites acceptables de précision et de temps de calcul numérique. De nombreux efforts ont été consacrés dans la littérature récente sur le développement de solutions numériques. Ce papier propose d’améliorer l’efficacité de calcul de la méthode des éléments finis mixtes hybrides couplée à la transformation des variables. La transformation de variables est introduite dans le but de résoudre les difficultés de convergence dues à l’avancée d’un front raide de saturation en eau au sein du milieu poreux. Une attention particulière est portée aux conditions de saturation en eau proche de la surface du sol, telle la présence de flaques d’eau ou les phénomènes d’évaporation. Dans le but d’éviter des oscillations non physiques, un schéma de condensation de la masse a été implémenté, ainsi qu’une technique de basculement permettant de passer de la forme mixte de l’équation de Richards à la forme en pression uniquement. Des indicateurs de performances en temps et précision de calcul sont définis, analysés et classifiés. En conséquence, les options numériques optimales sont identifiées pour chaque cas testé. Par ailleurs, les résultats obtenus à l’aide des cas tests monodimensionnels tiennent très bien la comparaison avec ceux de la littérature. Connaissant l’hétérogénéité d’un sol, les conditions initiales et aux limites du domaine d’étude, une analyse par partitionnement des données propose de déterminer dans quels cas la transformée des variables ou les techniques de basculement entre les différentes formes de l’Equation de Richards sont adaptées.

FR :

La recherche participative (ou recherche citoyenne) permet d’établir un partenariat entre le milieu académique (laboratoire universitaire et ses chercheurs) et le milieu associatif ou scolaire pour réaliser des études à visée scientifique. Elles permettent à la fois de mieux faire apprécier la démarche scientifique au grand public (qu’il s’agisse d’enfants ou d’adultes) et d’obtenir des données, sur le long terme ou sur un grand secteur géographique, utiles au chercheur. C’est dans ce cadre que deux actions se sont déroulées entre 2012 et 2014 sur le bassin du Madon, l’un des affluents de la Moselle, dans le sud de la Lorraine. Une première action a été réalisée dans le cadre d’une manifestation socioculturelle (les Chemins de l’Eau) organisée par la Fédération Départementale des Foyers Ruraux en juin 2013 : afin de sensibiliser les visiteurs aux ressources en eau dans leur environnement immédiat, une hydrothèque a été créée. La seconde action s’est adressée à des classes de primaire (CE2-CM1-CM2 et CM2) de trois localités rurales le long du Madon (Lerrain, Mattaincourt et Haroué). Tous les échantillons ont ensuite fait l’objet d’analyses au laboratoire : pH, conductivité, carbone organique dissous, azote total dissous, azote ammoniacal, ions majeurs, propriétés optiques (spectroscopie UV-visible, fluorescence). Ces expériences ont permis d’avoir un suivi temporel de trois stations le long du Madon et de participer à une cartographie des ressources en eau des Vosges en fonction des caractéristiques du bassin versant et de l’usage des sols. Dans les deux cas, le public visé a montré un vif intérêt.

EN :

Participatory research establishes a partnership between the academic community (university laboratory and its researchers) and the associative or school environment, in order to conduct scientific studies. This approach favours a better understanding of the scientific approach by the public (whether children or adults) and provides data on the long-term or over a large geographical area that are useful for researchers. It is in this context that two actions took place between 2012 and 2014 in the Madon River watershed. The Madon River is a tributary of the Moselle, in the south of Lorraine (northeastern France). The first action was carried out as part of a socio-cultural event (les Chemins de l’Eau) organized by the Fédération Départementale des Foyers Ruraux in June 2013 to educate visitors about the water resources in their immediate environment. A water library was created. The second action was focused on primary school classes (CE2-CM1-CM2 and CM2) from three rural communities along the Madon (Lerrain, Mattaincourt and Haroué). All samples were subjected to laboratory analysis: pH, conductivity, dissolved organic carbon, total dissolved nitrogen, ammonia nitrogen, major ions, optical properties (UV-visible spectroscopy, fluorescence). These experiments provided a temporal monitoring of three stations along the Madon River and allowed the public to participate in the mapping of water resources in the Vosges area based on watershed characteristics and land use. In both cases the participants proved to be very interested by the approach.

FR :

L’adsorption sur carbones activés est un procédé courant pour éliminer les micropolluants de l’eau. Le but de cette étude est de mieux comprendre les propriétés d’adsorption de neuf micropolluants : l’ibuprofène (IBP), la carbamazépine (CBZ), l’ofloxacine (OFX), le bisphénol A (BPA), le diclofénac (DFN), le mecoprop (MCP), le pentachlorophénol (PCP), le benzotriazole (BZT) et la caféine (CAF) sur deux carbones activés microporeux : un feutre et un tissu. Les adsorbants ont été caractérisés et les isothermes et cinétiques d’adsorption de chaque molécule ont été étudiées à 25 °C et comparées. La capacité d’adsorption a été comparée au nombre de doubles liaisons des molécules dans le but de déterminer l’importance du π-stacking dans le phénomène de l’adsorption.

EN :

Adsorption on activated carbons is frequently used in order to remove micropollutants from polluted water. The objective of this study is to better understand the adsorption properties of nine micropollutants: ibuprofen (IBP), carbamazepine (CBZ), ofloxacin (OFX), bisphenol A, (BPA), diclofenac (DFN), mecoprop (MCP), pentachlorophenol (PCP), benzotriazol (BZT) and caffeine (CAF) onto two microporous activated carbons: a felt and a fabric. Thus, the adsorbents were characterized, and the adsorption isotherms and adsorption kinetics of each molecule were studied at 25 °C and compared. Adsorption capacities were compared to the number of double bonds of molecules in order to examine the importance of π-stacking in the adsorption phenomenon.

FR :

Il existe une relation entre exposition aux perturbateurs endocriniens (PE) et carcinogenèse animale. Cependant, les données épidémiologiques sont insuffisantes. Le bisphénol A (BPA) est un PE ubiquitaire présent dans l’eau potable. Ses dérivés chlorés (Clx-BPA) sont suspectés d’avoir une action PE 100 fois supérieure. L’objectif de ce travail était d’évaluer la faisabilité d’une étude d’exposition hydrique au BPA et aux Clx-BPA dans une population de patientes opérées du sein. L’étude a été menée au CHU de Poitiers auprès de trois populations de femmes opérées du sein classées selon la gravité de leur lésion. Trois façons d’évaluer l’exposition hydrique ont été explorées : dosage dans des matrices biologiques, dans l’eau du robinet et administration d’un questionnaire sociodémographique validé. Le critère de jugement principal était la concentration en composés dans l’eau ou les matrices biologiques et les quantités d’eau apportées par voie orale et cutanée selon le questionnaire. Dans l’eau de boisson analysée, le BPA a été quantifié chez la totalité des patientes (116 ± 162 ng∙L^‑1). Les concentrations en Clx-BPA étaient de 1,85 ± 0,70 ng∙L^‑1. Les concentrations urinaires en BPA étaient de 2,6 ng∙mL^‑1 en préopératoire et 3,8 ± 5,5 ng∙mL^‑1 en postopératoire, les Clx-BPA n’ayant pas été quantifiés. Dans le tissu adipeux mammaire, le BPA a été retrouvé à 1,265 ± 0,058 ng∙g^‑1, le BPA et le Clx-BPA n’ayant été détectés qu’à deux reprises. Cette étude a montré la faisabilité des dosages du BPA et des Clx-BPA dans les matrices biologiques et l’eau du robinet. La mise en place d’une cohorte multicentrique permettra d’étudier la relation entre exposition à ces PE et cancer du sein.

EN :

There is a relationship between exposure to endocrine disrupting chemicals (EDCs) and animal carcinogenesis. However, epidemiological data are insufficient. Bisphenol A (BPA) is a ubiquitous EDC present in drinking water. Its chlorinated derivatives (Clx-BPA) are suspected to have an ED action 100 times stronger than BPA itself. The aim of this study was to assess the feasibility of a trial about water exposure to BPA and Clx-BPA in a population of patients having breast surgery. The study was conducted at the University Hospital of Poitiers in three populations of women having breast surgery and classified according to the severity of their injury. Three methods to assess water exposure were explored: determination in biological matrices, in tap water and administration of a validated socio-demographic questionnaire for water exposure. The primary endpoint was the concentration of compounds in water or biological matrices and the amount of water provided by oral and dermal routes according to the questionnaire. In drinking water samples, BPA was quantified for every patient (116 ± 162 ng∙L^‑1). Clx-BPA concentrations were 1.85 ±  0.70 g∙L^‑1. Urinary BPA concentrations were 2.6 ng∙mL^‑1 preoperatively and 3.8 ± 5.5 ng∙mL^‑1 postoperatively; CLx-BPA have not been quantified. In breast adipose tissue, BPA was found at 1.265 ± 0.058 ng∙g^‑1, whereas BPA and BPA-Clx were only found two times. This study demonstrated the feasibility of BPA and Clx-BPA determinations in biological matrices and tap water. Performing a multicenter cohort study would allow an investigation of the relationship between exposure to EDCs and breast cancer.

FR :

Cent dix-neuf pesticides ont été recherchés dans des eaux naturelles de la Jalle d’Eysines, un cours d’eau aquitain, et dans des effluents de zones industrielles bordelaises, au cours de deux campagnes de prélèvement. Les molécules ont été quantifiées à partir de prélèvements moyennés sur 24 h. En parallèle, des échantillonneurs passifs de type POCIS (Polar Organic Chemicals Integrative Sampler) ont permis d’établir un suivi qualitatif. Les profils moléculaires au sein d’un même type de masse d’eaux sont identiques, mais diffèrent entre une eau naturelle et un effluent de zone industrielle. L’approche qualitative via les POCIS a permis de quantifier des molécules non détectées lors des prélèvements moyennés, tant pour les eaux de la Jalle d’Eysines que pour celles des zones industrielles. Les échantillonneurs passifs semblent donc prometteurs pour la caractérisation de masses d’eaux de différentes origines, en ce qui concerne les pesticides dont le log K_OW est compris entre un et quatre. Il est cependant nécessaire de développer la démarche PRC (Performance Reference Compounds) afin d’y ajouter une visée quantitative.

EN :

One hundred and nineteen pesticides were investigated in the Aquitaine river “la Jalle d’Eysines”, and in industrial-zone sewage waters from Bordeaux in France, for two sampling campaigns. Compounds were quantified with average grab sampling and Polar Organic Chemical Integrative Samplers (POCIS) were used at these sampling points for screening purposes. Waters of the same origin had similar contamination profiles. However these profiles were different in structure and concentration between waters of different origins. The qualitative approach with passive samplers demonstrates that some compounds are not quantified in grab samples for both natural and sewage waters. POCIS seem to be interesting for pesticide analysis for the different kinds of water, provided that the targeted compounds have a log K_OW value between one and four. The development of Performance Reference Compounds appears to be necessary to implement a quantitative approach based on passive sampling.

EN :

Aquatic macrophytes are often the dominant element that influences flow conditions within streams, and are often considered as ecosystem engineers that modify their aquatic environment as a result of their physical structure and metabolic activity. The role of aquatic macrophytes on suspended matter sedimentation was studied in three shallow low-order streams in Brittany (North-western France). Field experiments were carried out in April 2007 using Callitriche-like artificial macrophytes and cylindrical sediment traps dug into the channels. Hydrodynamic characteristics (velocity profile, percentage of velocity decrease and turbulence), volume of trapped sediment, particle size characteristics, and total organic matter content were measured within the macrophytes and compared with the control traps. The aquatic macrophytes operated as sediment traps by modifying the local hydrodynamic parameters. Sedimentation of fine suspended particles within the macrophytes reached maximum values when the velocity was significantly reduced, i.e. when the initial velocity was low (less than 0.5 m∙s^‑1) and the depth shallow enough for the plant to occupy the entire volume of the column water. Conversely, turbulence was generated around the macrophyte stands, which induced the resuspension of fine particles and only coarse particles were trapped. This study shows the importance of threshold values at the local scale and the highly dynamic effect of macrophytes on flow characteristics.

FR :

La présence de macrophytes dans le lit d’un cours d’eau est souvent déterminante, car elle influence les conditions d’écoulement. En effet, les macrophytes sont souvent considérés comme des organismes ingénieurs qui modifient l’environnement aquatique par leur structure physique et leur activité métabolique. Le rôle des macrophytes aquatiques sur la sédimentation des matières en suspension a été étudié dans trois petits cours d’eau peu profonds en Bretagne (France). Les expériences de terrain ont été effectuées en avril 2007 en utilisant des macrophytes artificiels ressemblant à Callitriche et des pièges à sédiments cylindriques positionnés dans les cours d’eau. Les caractéristiques hydrodynamiques (profil de vitesse, taux de décroissance de la vitesse, turbulences), le taux de sédimentation, les caractéristiques granulométriques et le contenu en matière organique particulaire des sédiments piégés dans les macrophytes ont été mesurés et comparés aux témoins. Les macrophytes artificiels se sont comportés comme des pièges à sédiments en modifiant localement les paramètres hydrodynamiques. La sédimentation de particules fines dans les macrophytes atteint des valeurs maximales lorsque la vitesse du courant peut être efficacement ralentie, c’est-à-dire lorsque la vitesse initiale est faible (inférieur à 0,5 m∙s^‑1) et la profondeur suffisamment faible pour que la plante occupe tout le volume de la colonne d’eau. Dans le cas contraire, la turbulence générée au voisinage des macrophytes induit une resuspension des particules fines et uniquement les particules grossières sont piégées. Cette étude montre l’importance des valeurs de seuil à l’échelle locale et l’effet très dynamique des macrophytes sur les caractéristiques d’écoulement dans les petits cours d’eau peu profonds.